ENGUKURAN TINGKAT HARMONISA ADA BEBERAA MERK JUICER (DENGAN STANDAR ) Vitra Juniva, Rachman Hasibuan Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: vitra_juniva@yahoocom Abstrak adalah gejala dari pembentukan gelombang sinus dengan gelombang fundamental yang apabila digabungkan dengan frekuensi harmonisa akan terjadi nya gelombang yang terdistorsi Apabila hal ini terjadi maka akibatnya peralatan listrik akan mengalami efek buruk Beberapa internasional seperti IEC dan IEEE telah mengeluarkan tingkat harmonisa yang diizinkan pada peralatan listrik Tulisan ini membahas tentang pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk juicer dengan menggunakan acuan tingkat harmonisa pada beberapa merk juicer menggunakan alat Fluke 435 power Quality Analyzer Alat ini dapat mengukur besar kecilnya harmonisa yang dihasilkan oleh juicer sehingga dapat diketahui apakah juicer-juicer tersebut memiliki harmonisa yang melebihi atau tidak yang diizinkan oleh Kata Kunci:, Juicer, 1 endahuluan 11 Latar Belakang erkembangan kelistrikan belakangan ini sangat berkembang Banyak energi-energi terbarukan yang dihasilkan untuk menghasilkan daya listrik yang besar pada sistem tenaga Seiring dengan perkembangan kelistrikkan yang pesat maka timbul juga permasalahanpermasalahan enggunaan daya listrik sekarang ini juga makin bertambah Ini ditandai dengan banyak nya beban yang dilayani Beban-beban ini tidak hanya terbatas pada beban linier yang menghasilkan gelombang sinusoidal yang baik, tetapi juga beban-beban non linier yang menghasilkan gelombang non sinusoidal eralatan-peralatan listrik yang non linier inilah yang menghasilkan gelombang non sinusoidal karena telah terdistorsi oleh arus harmonisa eralatan-peralatan non linier ini diantara nya komputer, Lampu Hemat Energi (LHE), Unterrupable ower Supplies (US) pendingin AC, Battery Charger, Juicerdan peralatan elektronik lainnya ada beban non linier ini menghasilkan harmonisa yang sering disebut dengan Total Harmonic Distortion (THD) yang cukup tinggi dan menyebabkan kurang nya faktor daya Hal ini dapat menyebabkan transformasi distribusi melayani beban lebih, bahkan THD ini dapat menyebabkan gangguan pada peralatanperalatan listrik yang lain ermasalahan THD ini dibahas pada internasional IEC 61000 3-2, ini mengatur tentang kualitas daya yang diijinkan 2 Tinjauan ustaka erkembangan dunia kelistrikan saat ini menunjukan kemajuan yang pesat, terutama di bidang eletronika (peralatan elektonik) eralatan listrik (elektronika digital) merupakan beban non linier, hal ini lah yang menyebabkan terjadi nya harmonisa engaruh harmonisa terhadap sistem tenaga mempunyai efek yang buruk terhadap kinierja sistem tenaga Juicer merupakan salah satu beban non liner, karena didalam nya terdapat peralatan elektronika yang dapat menimbulkan harmonisa 21 adalah gejala pembentukanpembentukangelombang sinus dengan frekuensi kelipatan bulat dari frekuensi fundamental Gelombang fundamental apabila digabungkan dengan frekuensi harmonisa akan menghasilkan gelombang yang terdistorsi[1] merupakan suatu fenomena yang terjadi akibat dioperasikannya beban listrik nonlinier, beban listrik nonlinier adalah beban listrik yang memiliki sifat menyimpang dari hukum ohm Dimana tegangan dan arus tidak sebanding, artinya respon tegangan yang diberikan pada beban tidak sebanding dengan arus beban yang muncul Beban linier merupakan kebalikan dari beban non-lionier, dimana respon tegangan yang diberikan pada beban sebanding dengan arus yang dihasilkan (mendekati)[2] Bentuk gelombang harmonik 1 copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL13 NO35/OKTOBER 2015 dan bentuk gelombang dasar (fundamental) dapat di lihat pada Gambar 1: Gambar 1 Gelombang dasar dan gelombang harmonik Jika sumber harmonisa yang dihasilkan oleh beban nonlinier merupakan dari satu peralatan listrik maka harmonisa yang dihasilkannya berupa individu, ketika satu peralatan listrik ini bergabung dengan berbagai macam beban nonlinier lainnya maka akan terjadi harmonisa yang banyak Jika ditotalkan maka akan dapat harmonisa total dari peralatan listrik tersebut a Individual Harmonic Distortion (IHD) Distorsi Harmonik Individu atau Individual Harmonic Distortion (IHD) merupakan rasio tegangan atau arus antara nilai RMS harmonik dengan nilai RMS dasar (fundamental) Seperti persamaan (1) dan (2): Dimana : = 100 % (1) IHD v = IHD v harmonik ke-h (h=2,3,5, ) V h = Nilai RMS tegangan harmonik ke-h V 1 = Nilai RMS tegangan atau tegangan harmonic dasar (fundamental) = 100 % (2) Dimana IHD i = IHD i harmonik ke-h (h = 2,3,5, ) I h I 1 = Nilai RMS arus harmonik ke-h = Nilai RMS arus atau arus harmonic dasar (fundamental) b Total Harmonic Distortion (THD) Total Hamonic Distortion (THD ) adalah indeks yang menunjukkan total harmonisa dari tegangan atau arus yang mengandung komponen individual harmonisa yang dinyatakan dalam persen terhadap komponen fundamentalnya[3] Nilai THD dijadikan batasan tegangan atau arus harmonik yang masih dapat ditoleransi dalam suatu sistemtenaga listrik Dengan parameter ini, dapat diketahui apakah distorsi yang terjadi berada pada tingkat yang dapat diterima atau pada tingkat yang merugikan Nilai ini dapat dihitung untuk tegangan maupun arus [4]: Besar Total Hamonic Distortion (THD) untuk tegangan dan arus adalah pada persamaan (3) dan (4): = ~ (3) Dimana THD v : Total Harmonic Distortion pada tegangan V h V 1 : Nilai RMS tegangan harmonik ke-h : Nilai RMS tegangan atau tegangan harmonic dasar (fundamental) Dimana THD i = ~ (4) : Total Harmonic Distortion pada arus I h : Nilai RMS arus harmonik ke-h I 1 : Nilai arus RMS atau arus harmonic dasar (fundamental) c Beban linier Beban linier adalah beban yang memberi bentuk gelombang keluaran yang linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan impedansi dan perubahan tegangan Hal ini menunjukan bahwa gelombang arus sebanding dengan bentuk gelombang tegangan beban Hubungan ini diketahui sebagai hukum Ohm, dapat dilihat pada persamaan (5): ( )= ( ) (5) Ini kenapa gelombang tegangan dan arus di rangkaian listik pada beban linier terlihat sama Jika sumber tegangan bersih maka gelombang arus akan mirip dengan gelombang sumber tegangannya Gambar 2 dan 3 merupakan rangkaian dan kurva pada beban 2 copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL13 NO35/OKTOBER 2015 i (t) I(t) Gambar 2 Rangkaian beban linier I(t) Gambar 3 Kurva pada beban linier d Beban non linier Beban non linier adalah beban yang menghasilkan bentuk gelombang arus yang tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan (mengalami distorsi) Beban non linier umumnya adalah peralatan elektronik yang didalamnya terdapat komponen semi konduktor, yang cara kerjanya sebagai saklar yang berkerja pada setiap siklus gelombang dari setiap sumber tegangan Bentuk gelombang yang dihasilkan oleh komponen semi konduktor ini tidak menentu sesuai dengan pengaturan dari komponen semi konduktor itu sendiri dan perubahan bentuk gelombang ini tidak terpengaruh oleh perubahan dari sumber tegangannya roses kerja ini menghasilkan bentuk gelombang yang tidak sinusoidal Dapat dilihat pada persamaan (6): ( )= ( ) (6) ada Gambar 4 dan 5 merupakan rangkaian dan kurva pada beban nonlinier Gambar 5 Kurva pada beban nonlinier 22 Standar International Electrotechnical Commission (IEC) adalah suatu organisasi internasional yang mengatur tentang kelayakan suatu peralatan listrik yang terlalu melewati batas harmonisa yang diijinkan sebaiknya direduksi ke bawah yang ditetapkan tetapi tidak perlu mengeliminasi semua harmonisnya International Electrotechnical Commission (IEC) mengeluarkan yang mengatur batasan harmonisa pada beban kecil satu fasa atau tiga fasa Untuk beban tersebut digunakan ada, beban kecil terbagi atas empat kelas yaitu kelas A, B, C dan kelas D, dimana masing-masing kelas mempunyai batasan harmonisa yang berbedabeda yang dijelaskan sebagai berikut [5]: 1 Kelas A Kelas ini merupakan kelas yang meliputi motor listrik dan semua peralatan yang arus nya tidak lebih dari 16 ampere perfasanya Batasan harmonisanya hanya didefinisikan untuk peralatan satu fasa (tegangan kerja 230V) dan tiga fasa (230//400V) 2 Kelas B Kelas ini meliputi semua peralatan tool portable dimana batasan arus harmonisanya merupakan harga absolut maksimum dengan waktu kerja yang singkat i (t) 3 Kelas C ada kelas ini peralatan penerangan dengan daya input aktifnya lebih besar dari 25 watt termasuk didalamnya Batasan arusnya diekspresikan dalam bentuk persentase arus fundamental Gambar 4 Rangkaian beban nonlinier 4 Kelas D ada kelas ini semua jenis peralatan listrik yang dayanya dibawah 600 watt khususnya personal komputer, TV, juicer/blender dll 3 copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL13 NO35/OKTOBER 2015 Batasan arusnya diekspresikan dalam bentuk ma/w dan dibatasi pada harga absolut Tabel dibawah ini menunjukan batasan harmonisa untuk kelas A dan kelas D dan penyearah daya 100 watt Untuk penyearah yang memiliki distorsi arus gelombang yang tinggi dan banyak digunakan secara bersamaan maka penyearah tersebut termasuk kelas D Sementara untuk penyearah dengan arus terdistorsi termasuk katagori kelas A 3 Metodologi enelitian Metodologi penelitian yang diterapkan pada pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk juicer adalah sebagai berikut: 1 Melakukan pengumpulan data tentang harmonisa dan internasional yang mengatur tentang batasan-batasan nilai harmonisa yang diizinkan 2 Melakukan pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk juicer serta menganalisis tingkat harmonisa nya seperti harmonisa arus THD i, harmonisa tegangan THD v dll 3 Diagram tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 6: Mulai engumpulan Data Melakukan pengukuran harmonisa arus THDi tegangan THDi, dan pengukuran daya Standar THD (%) Analisa Kesimpulan dan Saran 4 Analisa dan embahasan Adapun hasil dari pengukuran yang dilakukan terhadap beberapa merk juicer dapat dilihat dari Tabel 1: Tabel 1 Data pengukuran dari beberapa merk juicer aramet Merk Juicer Satuan er A B C D E V V 22504 2302 22239 2244 2231 I A 049 037 117 044 112 S VA 2758 1274 4676 2828 2797 Watt 2609 732 3242 2783 1682 Q VAR 892 1042 3494 502 2234 F - 095 057 068 098 060 Cos hi - 096 062 099 100 067 THDv % 23 22 21 22 23 THDi % 188 363 161 197 438 Freq Hz 5011 5012 503 5015 5004 yang dilakukan terhadap juicer untuk mencari berapa besar tingkat harmonisanya pengukuran tersebut harus memenuhi yang diizinkan dalam hal ini t IEC Batasan arus harmonisa yang diizinkan dengan menggunakan IEC yaitu kelas D, dimana kelas D ini digunakan untuk segala jenis peralatan yang dayanya dibawah 600 Watt khususnya personal computer (C), monitor, TV, mixer dan termasuk di dalamnya juicer Batasan arus nya menggunakan bentuk ma/w pengukuran pada Tabel 1 masih menunjukan bahwa batasan arus yang digunakan masih dalam bentuk % Oleh karena itu, harus menggunakan bentuk ma/w Dalam perhitungan berikut ini dapat menunjukkan apakah arus harmonisa yang diukur melebihi arus harmonisa yang diizinkan oleh IEC 61000 3-2 erhitungan ini diambil dari data pengukuran yang dilakukan pada juicer A Untuk mencari arus harmonisa dari hasil pengukuran dapat dicari dengan menggunakan rumus (7): (7) Selesai Gambar 6 Diagram Tahapan enelitian harmonisa ke 3 pada juicer dapat dicari dengan menggunakan persamaan (7): 1 Juicer A = 260W V = 220V Cos π = 096 H n = 951% 4 copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL13 NO35/OKTOBER 2015 pengukuran juicer A adalah: pengukuran juicer E adalah : 260 260 ( ) 2 Juicer B = 732W V = 230 V Cos π = 062 H n = 453% pengukuran juicer B adalah : ( ) 73 3 Juicer C = 3242W V = 224 Cos π = 099 H n = 704% pengukuran juicer C adalah : ( ) 4 Juicer D = 278 W V = 224 V Cos π = 100 H n = 648% pengukuran juicer D adalah : ( ) 5 Juicer E = 168 W V = 223 V Cos π = 067 H n = 724% ( ) Sebagaimana hasil dari pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk juicer dari pengukurannya dapat dilihat di Tabel 2, 3, 4, 5 dan 6: Tabel 2 Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan kelas D pada juicer A Batasan Standar (juicer 260W) 3 34 0884 1174 5 19 0494 015 7 10 0260 0101 9 05 0130 0114 11 035 0091 0021 13 0296 0076 0013 15 n 39 385/n 10 0043 Melebihi Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer A dapat dianalisa bahwa batasan arus harmonisa dengan hasil pengukuran terlihat bahwa harmonisa ke 3 melebihi yang diizinkan, sedangkan pada harmonisa berikutnya tidak melebihi yang diizinkan oleh IEC Tabel 3 Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan kelas D pada juicer B Batasan Standar (juicer 260W) 3 34 0248 0231 5 19 0138 0026 7 10 0073 0025 9 05 0036 00097 11 035 0025 00056 13 0296 0021 00025 15 n 39 385/n 0281 0025 5 copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL13 NO35/OKTOBER 2015 Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer B dapat dianalisa bahwa batasan arus harmonisa dengan hasil pengukuran terlihat bahwa harmonisa ke 3 tidak melebihi yang diizinkan, begitu juga dengan harmonisa selanjutnya Tabel 4 Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan kelas D pada juicer C Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer C dapat dianalisa bahwa batasan arus harmonisa dengan hasil pengukuran terlihat bahwa harmonisa ke 3 tidak melebihi yang diizinkan, begitu juga dengan harmonisa selanjutnya Tabel 5 Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan kelas D pada juicer D Batasan Standar (juicer 3242W) Batasan Standar (juicer 260W) 3 34 1102 1038 5 19 0615 007 7 10 0324 0033 9 05 0162 0036 11 035 0113 0017 13 0296 0095 0022 15 n 39 385/n 1248 0001 3 34 1028 080 5 19 0528 013 7 10 0270 0121 9 05 0139 0057 11 035 0097 0034 13 0296 0082 0014 15 n 39 385/n 107 0009 Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer D dapat dianalisa bahwa batasan arus harmonisa dengan hasil pengukuran terlihat bahwa harmonisa ke 3 tidak melebihi yang diizinkan, begitu juga dengan harmonisa selanjutnya Tabel 6 Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan kelas D pada juicer E Batasan Standar (juicer 1682W) 3 34 0571 0831 5 19 0319 008 7 10 0168 0052 9 05 0087 0053 11 035 0058 00089 13 0296 0049 00045 15 n 39 385/n 0571 00067 Keteranga n Melebihi Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer E dapat dianalisa bahwa batasan arus harmonisa dengan hasil pengukuran terlihat bahwa harmonisa ke 3 melebihi yang diizinkan, sedangkan pada harmonisa berikutnya tidak melebihi yang diizinkan oleh IEC 5 Kesimpulan Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan dapat diambil kesimpulan : 1 Ada beberapa juicer yang menghasilkan arus harmonisa lebih besar dari juicer lainnya, sehingga juicer-juicer tersebut memiliki harmonisa yang melebihi yang diizinkan oleh 2 ada setiap juicer menghasilkan arus harmonisa yang berbeda-beda harmonisa orde ke-3 lebih besar dari arus harmonisa orde ke-5, orde ke-7, orde ke-9 dan seterusnya 6 Daftar ustaka [1] Setiawan, Awan, Kajian engaruh Terhadap Sistem Tenaga Listrik, Jurnal ELTEK, vol 05, no 2, pp 22-31, Oktober 2007 [2] Mulyana, Elih, Tegangan dan Listrik di Gedung Direktorat TIK Universitas endidikan Indonesia, Universitas endidikan Indonesia [3] Dugan, Roger C and Mcgranaghan, Mark F and Surya Santoso and Beaty Wayne H, Electical ower System Quality, McGrowhill Companies, 2004 [4] Wakileh GJ, 2001, ower System Harmonics: Fundamental, Analysis and Filter Design, Springer Velag ress [5] Abidin, Muhammad Nazaruddin Zainal, IEC61000 3-2 Harmonics Standards Overview, Scaffner EMC Inc, Edison, NJ, USA 6 copyright@ DTE FT USU